JP2005131665A - プレス加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 特別な加熱用ユニットを要することなくコンパクトな装置構成でMg合金や高張力鋼等の難加工材料やダイクエンチ工法における熱処理用鋼板を材質や形状に応じて効率良く加熱してプレス成形を容易に行うことのできるプレス加工方法を提供する。
【解決手段】 順送金型4における所定の加工ステージ9,11の材料送り方向(F)上流側にアイドルステージ8,10を設けるとともに、被加工材料5に電流を通す所要の電極25を前記アイドルステージ8,10に配することにより、前記電極25による通電作用にて被加工材料5を加熱する通電加熱工程を前記アイドルステージ8,10で行った後に、前記所定の加工ステージ9,11でプレス加工を行う。
【選択図】図1
【解決手段】 順送金型4における所定の加工ステージ9,11の材料送り方向(F)上流側にアイドルステージ8,10を設けるとともに、被加工材料5に電流を通す所要の電極25を前記アイドルステージ8,10に配することにより、前記電極25による通電作用にて被加工材料5を加熱する通電加熱工程を前記アイドルステージ8,10で行った後に、前記所定の加工ステージ9,11でプレス加工を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えばMg合金やTi合金、ステンレス、高張力鋼などの難加工材料やダイクエンチ工法における熱処理用鋼板のプレス加工に用いられて好適なプレス加工方法に関するものである。
一般にプレス加工は、抜き加工、曲げ加工、絞り加工、成形加工、圧縮加工などに分類され、更にそれぞれの加工法は、加工前に材料を室温以上に加熱してから加工を行う温−熱間加工および材料を室温で加工する冷間加工に分けられる。
ところで、Mg合金、Ti合金、ステンレス、高張力鋼などの難加工材料をプレス加工にて成形するというニーズは今後増加する傾向にある。それら難加工材料のプレス加工は、冷間加工で行うと割れや亀裂が生じてしまうことから、熱間加工または温間加工にて行うのが好ましいとされている。また、引張強度100MPa級を超える高張力鋼を適用する部品のプレス成形には、熱処理用鋼板をオーステナイト化する温度まで加熱した後、金型内でプレス成形と同時に冷却して焼入れするダイクエンチ工法が適用されるケースが増えている。したがって、プレス加工の良否を決定する上で、材料を如何にして加熱するかが重要となってくる。
従来、温間加工または熱間加工において被加工材料を加熱する方法としては、(A)加熱炉を用いて被加工材料を加熱する方法や、(B)ヒータによって加熱保温された金型で被加工材料を挟持して加熱する方法(例えば、特許文献1参照。)、(C)金型それ自体を電極とし、被加工材料をその電極兼金型で挟持して通電しジュール熱によって加熱する方法(例えば、特許文献2,3参照。)、(D)被加工材料の両端を電極でクランプして通電しジュール熱によって加熱する方法(例えば、特許文献4,5参照。)などが知られている。
しかしながら、前記(A)の加熱炉を用いる方法では、加熱装置や搬送装置が別途必要であるために設備の大型化やコスト高を招くという問題点がある。また、加熱炉から金型までの搬送距離が設備上の関係から長くなるために、加熱した被加工材料の温度が顕著に低下されるという問題点もある。
また、前記(B)のヒータによって加熱保温された金型を用いる方法では、被加工材料の加熱温度が金型寿命の観点からその金型の焼戻し温度以下に制限されるという問題点がある。また、加熱しようとする被加工材料に比し大きなボリュームの金型を常時加熱保温しておく必要があるために電力消費量が大きくなるという問題点もある。
また、前記(C)の電極兼金型を用いる方法では、別途通電加熱用のユニットを設ける必要があるという問題点がある。また、金型そのものを電極として使用しているために、被加工材料を局部的に加熱することが困難で効率が悪いという問題点もある。
また、前記(D)のように、被加工材料の両端を電極でクランプして通電しジュール熱によって加熱する方法では、被加工材料をクランプおよびアンクランプする動作が必要になるために、生産速度が低下するという問題点があり、順送加工に適用することは困難である。また、被加工材料の両端を電極でクランプして通電加熱するために、被加工材料を局部的に加熱することが困難であるという問題点もある。
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、特別な加熱用ユニットを要することなくコンパクトな装置構成でMg合金や高張力鋼等の難加工材料やダイクエンチ工法における熱処理用鋼板を材質や形状に応じて効率良く加熱してプレス成形を容易に行うことのできるプレス加工方法を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するために、本発明によるプレス加工方法は、
順送金型を用いてプレス加工を行うプレス加工方法において、
前記順送金型における所定の加工ステージの材料送り方向上流側にアイドルステージを設けるとともに、被加工材料に電流を通す所要の電極を前記アイドルステージに配することにより、前記電極による通電作用にて被加工材料を加熱する通電加熱工程を前記アイドルステージで行った後に、前記所定の加工ステージでプレス加工を行うことを特徴とするものである(第1発明)。
順送金型を用いてプレス加工を行うプレス加工方法において、
前記順送金型における所定の加工ステージの材料送り方向上流側にアイドルステージを設けるとともに、被加工材料に電流を通す所要の電極を前記アイドルステージに配することにより、前記電極による通電作用にて被加工材料を加熱する通電加熱工程を前記アイドルステージで行った後に、前記所定の加工ステージでプレス加工を行うことを特徴とするものである(第1発明)。
第1発明において、前記通電加熱工程は、抜き工程の後に行われるのが好ましい(第2発明)。
第1発明または第2発明において、前記電極は、被加工材料の加熱が必要な部位に対応させて配置されているのが好ましい(第3発明)。
第1発明乃至第3発明において、前記電極は、ばねの弾性力を受けつつ前記順送金型の動作方向に沿って移動可能に設けられているのが好ましい(第4発明)。
第1発明乃至第4発明において、前記アイドルステージは、前記通電加熱工程が行われる際に、前記順送金型によって外部から遮断されるのが好ましい(第5発明)。
第1発明によれば、所定の加工ステージで被加工材料がプレス加工される前にアイドルステージでその被加工材料に対し通電加熱工程が施されるので、被加工材料がMg合金、Ti合金、ステンレス、高張力鋼などの難加工材料であっても所定の加工ステージにおいてプレス成形を容易に行うことができる。また、通電加熱工程は順送金型に設けられるアイドルステージで行われるので、特別な加熱用ユニットが不要で、かつ装置構成のコンパクト化を図ることができる。さらに、通電加熱工程はアイドルステージに配設される電極の被加工材料への通電作用によるジュール熱によって行われるので、被加工材料を効率良く加熱することができるとともに、被加工材料に作用させる電流値や通電時間、電極数などを調整することで、加熱温度を被加工材料の材質に応じて自由に設定することができ、また電極の配置を調整することで、被加工材料を局部的に加熱したり、被加工材料が異形材料であっても所望の部位を加熱したりすることができる。また、かかる通電作用を順送金型の動作に連動させて行うことが可能になるので、被加工材料に対し電極をクランプおよびアンクランプする必要がある従来技術のような生産速度の低下を招くようなことはない。さらにまた、通電加熱工程により加熱された被加工材料の搬送動作は順送金型におけるアイドルステージと所定の加工ステージとの間だけで行われるので、加熱された被加工材料の温度低下が極めて微小に抑制されるとともに、被加工材料の酸化を防止することができる。
また、第2発明によれば、抜き工程の後に通電加熱工程が行われるので、被加工材料をより効率良く加熱することができるとともに、抜き工程によって被加工材料に生じた空間による断熱効果により、被加工材料の加熱された部位の熱が周りに逃げにくいという効果を奏する。
また、第3発明によれば、被加工材料の加熱が必要な部位に対応させて電極が配置されているので、被加工材料を加工内容に応じて効率良く加熱することができる。
また、第4発明によれば、電極がばねの弾性力を受けつつ順送金型の動作方向に沿って移動可能に設けられているので、被加工材料に電極が通電可能に接触される際の衝撃力が緩和されて電極、被加工材料等の保護を図ることができるとともに、電極と被加工材料との接触状態を良好に保つことができる。また、電極と被加工材料とが通電可能に接触される接触位置を調整することで、電極と被加工材料との接触時間(通電時間)を調整することができ、これによって加熱時間を調整することができる。
また、第5発明によれば、通電加熱工程が行われる際にアイドルステージが順送金型によって外部から遮断されるので、電極に人や物が接触するのを確実に防止することができる。また、外部から遮断することで昇温効率を上げることができる。
次に、本発明によるプレス加工方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係るプレス機械の要部を模式的に表わす正面図が示されている。また、図2には、第1の通電加熱用金型を図1におけるA−A矢印方向から見た要部構造説明図で通電可能な状態を表わす図(a)および(a)におけるP−P視図(b)がそれぞれ示されている。
本実施形態に係るプレス機械1は、図1に示されるように、サーボモータを駆動源とするスライド駆動機構(いずれも図示省略)によりスライド2を上下方向に任意のモーションで駆動することができるように構成されている。このプレス機械1においては、スライド2とボルスタ3との間に、複数の金型を工程順に一列に配されてなる順送金型4が設けられており、図示省略される材料供給装置によってその順送金型4内に送り込まれた被加工材料5に対して、前記スライド2の上下駆動により順送り加工が行われるようにされている。
前記順送金型4には、図1中記号Fで示される材料送り方向の上流側から順に、第1の加工ステージ6、第2の加工ステージ7、第1のアイドルステージ8、第3の加工ステージ9、第2のアイドルステージ10、第4の加工ステージ11および第5の加工ステージ12が、それぞれ設けられている。ここで、本実施形態でのアイドルステージとは、プレス加工が行われないプレス加工工程上の空きステージのことであって、金型設計上不可避的に設けられるアイドルステージ、および任意に設けられるアイドルステージの両者を含むものである。なお、前記不可避的に設けられるアイドルステージを利用して前記第1のアイドルステージ8および/または第2のアイドルステージ10を設けるようにすれば、従来のプレス加工方法に係る順送金型の設置面積に対し本実施形態に係る順送金型4の設置面積の増大をゼロまたは微小にすることができる。
前記第1の加工ステージ6には、被加工材料5に対しピアス加工を施してパイロット孔を穿設するピアス加工用金型13が配されている。また、前記第2の加工ステージ7には、被加工材料5に対しアワーグラス抜きを行うアワーグラス抜き加工用金型14が、前記第3の加工ステージ9には、被加工材料5に対し下方に向けて円筒絞り加工を行う第1の円筒絞り加工用金型15が、それぞれ配されている。また、前記第4の加工ステージ11には、前記第3の加工ステージ9において円筒絞り加工が施された被加工材料5に対し更にその円筒絞り加工とは逆方向に円筒絞り加工を行う第2の円筒絞り加工用金型16が、前記第5の加工ステージ12には、被加工材料5に対しトリミングを行うトリミング用金型17が、それぞれ配されている。一方、前記第1のアイドルステージ8および第2のアイドルステージ10には、後に詳述する第1の通電加熱用金型18および第2の通電加熱用金型19がそれぞれ配されている。
ここで、前記各加工用金型13,14,15,16,17および前記各通電加熱用金型18,19のそれぞれの下型13a〜19aは、ボルスタ3の上面に固定される下部ベースプレート20の上面に取り付けられている。また、前記各加工用金型13,14,15,16,17および前記各通電加熱用金型18,19のそれぞれの上型13b〜19bは、スライド2の下面に固定される上部ベースプレート21の下面に取り付けられている。また、前記下部ベースプレート20と上部ベースプレート21との間には、ガイドポスト22が介設されており、下部ベースプレート20に対し上部ベースプレート21がそのガイドポスト22に案内されて上下動可能に設けられている。
前記第1のアイドルステージ8に配される第1の通電加熱用金型18は、図2(a)(b)に示されるように、被加工材料5に電流を通す所要の電極25が上下各金型18b,18aに絶縁体26を介して取り付けられて構成されている。この第1の通電加熱用金型18においてそれら電極25は、円盤状に形成された被加工材料5に対し第3の加工ステージ9で円筒絞り加工を施す上で加熱が必要とされる部位に対応させて配置されている。こうして、被加工材料5をより効率良く加熱するようにされている。また、この第1の通電加熱用金型18においては、前記所要の電極25による通電作用にて被加工材料5を加熱する通電過熱工程が行われる際に、それら電極25が図2(a)に示されるように、順送金型4の一部を構成する当該第1の通電加熱用金型18の上下各金型18b,18aによって外部から遮断されるようになっている。こうして、通電過熱工程が行われる際に、電極25に人や物が接触するのを確実に防止するようにされ、また昇温効率を上げるようにされている。さらに、この第1の通電加熱用金型18においては、下部ベースプレート20に対し下型18aが図示省略されるガイドに沿って上下動可能に設けられるとともに、下部ベースプレート20と下型18aとの間に所要の圧縮コイルばね27が配置され、前記所要の電極25が、それら圧縮コイルばね27の弾性力を受けつつ当該第1の通電加熱用金型18の動作方向に沿って移動可能に設けられている。こうして、電極25が被加工材料5に通電可能に接触される際の衝撃力を緩和して電極25、被加工材料5等の保護を図るとともに、電極25と被加工材料5との接触状態を良好に保つようにされ、また電極25と被加工材料5とが通電可能に接触される接触位置を調整することで、電極25と被加工材料5との接触時間(通電時間)を調整して加熱時間を調整できるようにされている。なお、前記圧縮コイルばね27に代えて、ガスクッションやダイクッションピン等を用いても良い。
一方、前記第2のアイドルステージ10に配される第2の通電加熱用金型19は、図3(a)(b)に示されるように、被加工材料5に電流を通す所要の電極25が前記第1の通電加熱用金型18のそれとは異なる配置で上下各金型19b,19aに絶縁体26を介して取り付けられて構成されている。この第2の通電加熱用金型19においてそれら電極25は、円筒絞り加工が施された被加工材料5に対し第4の加工ステージ11で更にその円筒絞り加工とは逆方向に円筒絞り加工を施す(この円筒絞り加工を以下において「逆円筒絞り加工」という。)上で加熱が必要とされる部位に対応させて配置されている。こうして、異形の被加工材料5でも加工内容に応じて効率良く加熱することができるようにされている。
次に、本実施形態のプレス加工工程の内容について図1および図4を参照しつつ説明する。ここで、図4には、本実施形態のプレス加工工程に係るストリップレイアウトが示されている。なお、図4において、各工程のステップ番号は記号「K」を付して表わすこととする。
まず、材料供給装置(図示省略)によって順送金型4内に送り込まれた被加工材料5に対し第1の加工ステージ6でピアス加工を行って、その被加工材料5に2個のパイロット孔30を穿設する(K1)。なお、この2個のパイロット孔30は、材料供給装置によりコイル状の被加工材料5を平坦に矯正して順送金型4内に所定の長さだけ送り込んだ被加工材料5を、その順送金型4に設けられたパイロットピン(図示省略)に嵌合して、その順送金型4に対して被加工材料5の位置を定めるための孔である。
次いで、第2の加工ステージ7において、被加工材料5における成形予定部位の外周をアワーグラス抜き加工によって打ち抜く(K2)。その後、第1のアイドルステージ8において、被加工材料5を上下金型18b,18aに取着されている電極25により挟持して通電し、その被加工材料5を材質に応じ円筒絞り加工を行う上で最適の温度になるまで加熱する(K3)。その後、第3の加工ステージ9において、被加工材料5に対し円筒絞り加工を施してその被加工材料5をカップ状に成形する(K4)。なお、前記ステップK3において、被加工材料5の最適の温度としては、例えば、被加工材料5の材質がMg合金の場合は250℃〜350℃、SUS304の場合は100℃〜150℃、熱処理用鋼板のダイクエンチ工法の場合は900℃程度である。
次いで、第2のアイドルステージ10では、前記ステップK4においてカップ状に成形された被加工材料5を、上下金型19b,19aに取着されている電極25により挟持して通電し、そのカップ状に成形された被加工材料5に対し逆円筒絞り加工を施す上で加熱が必要とされる部位を最適温度にまで加熱する(K5)。その後、第4の加工ステージ11において、カップ状の被加工材料5に対し逆円筒絞り加工を施す(K6)。そして、第5の加工ステージ12において、被加工材料5に対しトリミングを行ってスクラップ5aと成形品5bとに分離する(K7)。
本実施形態によれば、第3の加工ステージ9において被加工材料5に対し円筒絞り加工が施される前に第1のアイドルステージ8においてその被加工材料5に対し通電加熱工程が施されるとともに、第4の加工ステージ11において被加工材料5に対し逆円筒絞り加工が施される前に第2のアイドルステージ10においてその被加工材料5に対し通電加熱工程が施されるので、被加工材料5がMg合金、Ti合金、ステンレス、高張力鋼などの難加工材料であっても、第3の加工ステージ9において円筒絞り加工を、第4の加工ステージ11において逆円筒絞り加工をそれぞれ容易に行うことができる。
また、各アイドルステージ8,10での通電加熱工程は、第2の加工ステージ7でのアワーグラス抜き工程が行われた後に行われるので、被加工材料5をより効率良く加熱することができるとともに、アワーグラス抜き工程によって被加工材料5に生じた空間H,H'(図4参照)による断熱効果により、被加工材料5の加熱された部位の熱が周りに逃げにくいという効果を奏する。
さらに、本実施形態によれば、以下のような利点がある。すなわち、
(1)前記各通電加熱工程は順送金型4に設けられる各アイドルステージ8,10で行われるので、特別な加熱用ユニットが不要で、かつ装置構成のコンパクト化を図ることができる。
(2)前記各通電加熱工程は各アイドルステージ8,10に配設される電極25の被加工材料5への通電作用によるジュール熱によって行われるので、被加工材料5を効率良く加熱することができるとともに、被加工材料5に作用させる電流値や通電時間、電極数などを調整することで、加熱温度を被加工材料5の材質に応じて自由に設定することができる。
(3)電極25の被加工材料5への通電作用を順送金型4の動作に連動させて行うようにされているので、生産速度が低下することがない。
(4)通電加熱工程により加熱された被加工材料5の搬送動作は、順送金型4における第1のアイドルステージ8と第3の加工ステージ9との間、および第2のアイドルステージ10と第4の加工ステージ11との間だけで行われるので、加熱された被加工材料5の温度低下が極めて微小に抑制されるとともに、被加工材料5の酸化を防止することができる。
(1)前記各通電加熱工程は順送金型4に設けられる各アイドルステージ8,10で行われるので、特別な加熱用ユニットが不要で、かつ装置構成のコンパクト化を図ることができる。
(2)前記各通電加熱工程は各アイドルステージ8,10に配設される電極25の被加工材料5への通電作用によるジュール熱によって行われるので、被加工材料5を効率良く加熱することができるとともに、被加工材料5に作用させる電流値や通電時間、電極数などを調整することで、加熱温度を被加工材料5の材質に応じて自由に設定することができる。
(3)電極25の被加工材料5への通電作用を順送金型4の動作に連動させて行うようにされているので、生産速度が低下することがない。
(4)通電加熱工程により加熱された被加工材料5の搬送動作は、順送金型4における第1のアイドルステージ8と第3の加工ステージ9との間、および第2のアイドルステージ10と第4の加工ステージ11との間だけで行われるので、加熱された被加工材料5の温度低下が極めて微小に抑制されるとともに、被加工材料5の酸化を防止することができる。
1 プレス機械
4 順送金型
5 被加工材料
8 第1のアイドルステージ
9 第3の加工ステージ
10 第2のアイドルステージ
11 第4の加工ステージ
18 第1の通電加熱用金型
19 第2の通電加熱用金型
25 電極
27 圧縮コイルばね
4 順送金型
5 被加工材料
8 第1のアイドルステージ
9 第3の加工ステージ
10 第2のアイドルステージ
11 第4の加工ステージ
18 第1の通電加熱用金型
19 第2の通電加熱用金型
25 電極
27 圧縮コイルばね
Claims (5)
- 順送金型を用いてプレス加工を行うプレス加工方法において、
前記順送金型における所定の加工ステージの材料送り方向上流側にアイドルステージを設けるとともに、被加工材料に電流を通す所要の電極を前記アイドルステージに配することにより、前記電極による通電作用にて被加工材料を加熱する通電加熱工程を前記アイドルステージで行った後に、前記所定の加工ステージでプレス加工を行うことを特徴とするプレス加工方法。 - 前記通電加熱工程は、抜き工程の後に行われる請求項1に記載のプレス加工方法。
- 前記電極は、被加工材料の加熱が必要な部位に対応させて配置されている請求項1または2に記載のプレス加工方法。
- 前記電極は、ばねの弾性力を受けつつ前記順送金型の動作方向に沿って移動可能に設けられている請求項1〜3のいずれかに記載のプレス加工方法。
- 前記アイドルステージは、前記通電加熱工程が行われる際に、前記順送金型によって外部から遮断される請求項1〜4のいずれかに記載のプレス加工方法。
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